CN114874731B - 一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法,封装材料包括依次设置的太阳能电池背板、光伏胶膜和热熔胶层;该封装材料适合封装PSC电池。本发明提供的封装电池具有较好的抗冲击性;从铅泄露测试可以看出:本发明能有效抑制破损PSC在强降雨中铅泄露;封装前后电池效率可以看出:封装后PSC仍保持良好的稳定性;热熔胶与PSC封装器件各层材料均有良好的粘接强度。

Description

一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿电池的封装技术领域,尤其涉及一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法。
背景技术
在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺的形势下,可持续发展战略被世界各国接受。太阳能具有清洁性、安全性、资源充足性等优点,是二十一世纪最重要的新能源之一,受到各国政府的重视和支持。近几年,光伏市场急剧扩大,光伏产品供不应求。
目前,在太阳能电池在生产过程中,需要对电池片进行封装。封装材料的性质将在很大程度上决定太阳能电池组件的性能和寿命。
现有技术中封装材料的封装温度过高,如乙烯醋酸乙烯酯和聚烯烃的封装条件分别为140℃、65kPa、20分钟;和150℃、50kPa、8分钟。温度对钙钛矿的晶体结构和相有很大影响。根据相关报道,从四方到立方的相变发生在54-56℃。太阳能电池必须要求高达85℃的热稳定性,这对应于0.093eV,因为在操作过程中会露在高温下。并且发现钙钛矿在85℃的氮气中加热24小时时分解成PbI2。MAPbI3的形成能为0.11-0.14eV,非常接近0.093eV,这表明MAPbI3在连续暴露于85℃时可能会降解。
当封装的铅基PSC被雨水损坏和冲刷时,大量的铅会溶解并释放到环境中,从PSC泄漏的铅会渗入地下和植物中。因此,必须格外小心钙钛矿中的铅,因为它在食物循环的效率是人类活动中已经存在的其他铅污染物的十倍。与CdTe(10-34)等其他重金属化合物相比,PbI2(10-8)的高水溶性产物带来了食物链中Pb积累的严重风险。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法,该封装材料适合封装钙钛矿电池(PSC)。
本发明提供了一种适合钙钛矿光伏建筑一体化封装材料,包括依次设置的太阳能电池背板、光伏胶膜和热熔胶层。
在本发明中,所述光伏胶膜选自PVB、EVA、PIB、POE、TPU或多层共挤型POE胶膜;
所述光伏胶膜的厚度为0.1~7mm。
在本发明中,所述太阳能电池背板选自TPT型太阳能电池背板、KPK型太阳能电池背板、TPE型太阳能电池背板、KPE型太阳能电池背板、FPF型太阳能电池背板、FPE型太阳能电池背板、PET型太阳能电池背板、AAA型太阳能电池背板和玻璃中的一种或多种;上述种类的背板均为本领域技术人员熟知的背板,采用其市售商品即可。
所述太阳能电池背板的厚度为0.1~7mm。
在本发明中,所述热熔胶层的制备原料包括反应单体、引发剂、微球和阻聚剂;所述反应单体选自苯乙烯类、丙烯酸类、聚氨酯类和丙烯酸酯类中至少一种;
所述热熔胶的厚度大于等于0且小于等于3mm。
在本发明中,所述热熔胶具有良好的透光性。
在本发明中,所述苯乙烯类选自苯乙烯、对甲基苯乙烯、对乙基苯乙烯和对羟基苯乙烯中的一种或多种;所述丙烯酸类选自甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、丙烯酸和衣康酸中的一种或多种;所述聚氨酯类选自聚酯类六亚甲基二异氰酸酯(HDI)基聚氨酯、聚酯类甲苯二异氰酸酯(TDI)基聚氨酯、聚酯类异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)基聚氨酯、聚酯类二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)基聚氨酯、聚醚类HDI基聚氨酯、聚醚类TDI基聚氨酯、聚醚类IPDI基聚氨酯、聚醚类H12MDI基聚氨酯的一种或多种;所述丙烯酸酯类选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸-2-甲氧基乙酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。
本发明提供了一种封装的钙钛矿电池,包括封装材料;
和所述封装材料封装的钙钛矿电池;
所述钙钛矿电池包括依次设置的透明基底、电荷传输层、钙钛矿层、空穴传输层和对电极层;
所述封装材料为上述技术方案所述的一种适合钙钛矿光伏建筑一体化封装材料。
在本发明中,所述钙钛矿电池中钙钛矿层为ABX3结构,A离子选自CH3NH3 +(MA)、NH2CH=NH2 +(FA)、CH3CH2NH3 +、Cs+、异丁胺(iso-BA)、正丁胺(BA)、环己甲胺(CMA)、苯乙胺(PEA)、1-萘胺(NMA)、苯并咪唑(BIZ)、聚乙烯亚胺(PEI)、环丙胺(CA)、组胺(HA)、苄胺(BZA);B离子选自Pb2+、Sn2+、Bi、Ge2+、Sb3+、In3+;X离子选自I-、Cl-、Br-
在本发明中,所述钙钛矿电池具体为ITO/SnO2/CsFAMAPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/MoO3/Au;或ITO/SnO2/CsFAMAPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag;ITO/TiO2Cs0.06FA0.78MA0.16PbI0.85Br0.15/Spiro-OMeTAD/Au;ITO/C60/(iso-BA)2MA3Pb4I13/Spiro-OMeTAD/Au;ITO/SnO2/PCBM/CsFAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au;FTO/TiO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/MoO3/Au;FTO/TiO2/FAPbI3/PTAA/MoO3/Ag;ITO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PCBM/Al;ITO/NiOx/MAPbI3/PTAA/Carbon;ITO/NiOx/CsFAMAPbIx1Br3-x1/PCBM/BCP/Ag;ITO/PEDOT:PSS/(NMA)2MA3Pb4I13/PCBM/LiF/Al;FTO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PCBM/Ca/Al;ITO/PEDOT:PSS/(BA)2MA3Pb4I13/PCBM/BCP/Cu;FTO/c-TiO2/(CMA)2MA8Pb9I28/Spiro-OMeTAD/Au;FTO/c-TiO2/m-TiO2/(PEA)2FA8Pb9I28/Spiro-OMeTAD/Au;或FTO/c-TiO2/FAPbI3/MoO3/Ag。
本发明提供了一种封装的钙钛矿电池的制备方法,包括以下步骤:
将光伏胶膜与太阳能电池背板热压复合,在热熔胶涂布在所述光伏胶膜的表面,在一定温度、压强和时间条件下对钙钛矿光伏电池进行封装,得到封装的钙钛矿电池。
在本发明中,所述热压的温度为100~200℃,优选为100~140℃;所述热压的压力为0~3MPa,优选为0.04~1MPa;时间为0~12h,优选为1~4h;
封装的温度为0~150℃,优选为60~85℃;封装的压力为0~3MPa,优选为0.04~0.1MPa;封装的时间为0~12h,优选为0.2~1h。
在本发明中,安全夹层钙钛矿光伏电池(PSC)的PCE测试方法:
在充满氩气的手套箱中,使用光强度为100mW·cm-2的AM1.5G光源模拟太阳光,通过Keithley 2400测定器件的光电转化效率(PCE),活性层的有效面积利用一个掩模板限定为0.0625cm2
PSC封装结构:
太阳能电池背板/光伏胶膜/热熔胶/PSC;
落球冲击实验:
100g钢球50.8cm自由落体冲击PSC未封装/封装器件;
铅泄露滴水实验:
封装/未封装的PSC落球冲击后滴水实验(模拟强降雨)铅泄露,滴水角度为30°(模拟太阳能电池安装角度);滴水速率为5mL/h;滴水为pH=4.2蒸馏水模拟强酸雨;滴水时间为1.5h;通过Nexion 300D ICP-MS测试水中铅离子浓度。
铅泄露泡水实验:
封装/未封装的PSC落球冲击后泡水实验(模拟浸泡在雨水中)铅泄露,40mL pH=4.2蒸馏水模拟强酸雨;泡水时间为3h。
热熔胶与PSC各层材料剪切强度的测试方法为GB/T 7124-2008。测试时,实施例1至实施例16的热熔胶厚度均为50μm。
透光率测试方法为GB/T 2680-1994。
本发明提供了一种适合钙钛矿光伏建筑一体化封装材料,包括依次设置的太阳能电池背板、光伏胶膜和热熔胶层;该封装材料能够低温封装PSC电池。本发明提供的封装电池具有较好的抗冲击性;从铅泄露测试可以看出:本发明能有效抑制破损PSC在强降雨中铅泄露;封装前后电池效率可以看出:封装后PSC仍保持良好的稳定性;热熔胶与PSC封装器件各层材料均有良好的粘接强度。
附图说明
图1为本发明中PSC电池的封装流程示意图;
图2为本发明实施例1的PSC电池的封装流程示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种钙钛矿光伏封装材料、器件及其制备方法进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
CsFAMAPbI3钙钛矿光伏电池的制备方法:
1、ITO玻璃基底依次分别用乙醇、水、异丙醇超声清洗15分钟,臭氧清洗30min。
2、将商业胶体氧化锡稀释到4%,4000rpm下30s旋涂成膜,150℃退火30min。
3、臭氧20min,旋涂碘化铅与碘化铯溶液混合溶液(质量比为:碘化铅:碘化铯=600mg:18mg,即1.3mol/L碘化铅浓度,溶于DMF:DMSO混合容液体积比9:1),旋涂条件:2800rpm,30s,之后将湿膜70℃退火1min。
4、混合胺盐(FAI:MAI:MACl=60:5:6溶于IPA)2500rpm,30s旋涂后空气退火15min后传入N2手套箱。
5、旋涂PEAI(5mg/mL溶于IPA),5000rpm,30s。
6、旋涂Spiro-OMeTAD,3000rpm,30s,后氧化一夜。
7、蒸镀氧化钼和金电极。
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯66份,丙烯酸甲酯35份、丙烯酸9份、苯乙烯4份、80nm纳米碳化硅微球1.2份、1,1-二苯基-2-苦肼0.3份、偶氮二异丁腈0.6份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、纳米碳化硅微球、1,1-二苯基-2-苦肼、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至58~60℃,而后缓慢加入一定量的纳米碳化硅微球和1,1-二苯基-2-苦肼,前10min 140r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用N2保护。
封装的PSC电池的制备过程:
在130℃、0.05MPa、2h条件下,使0.76mm PVB与2mm玻璃粘合。降至室温后,将0.3mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。然后在80℃、0.05MPa、20min条件下,封装PSC(ITO/SnO2/CsFAMAPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/MoO3/Au)。
在本发明中,所述玻璃的透光率为88.00%;玻璃/PVB的透光率为93.07%;玻璃/PVB/热熔胶的透光率为93.71%。
实施例2
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酰胺68份,醋酸乙烯酯38份、丙烯酸12.5份、苯乙烯7份、质量比1:1的120nm玻璃微球和纳米二氧化硅微球混合微球2.0份、对苯二酚0.5份、4-叔丁基环己酯0.72份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯、玻璃微球和纳米二氧化硅微球混合微球、对苯二酚、4-叔丁基环己酯。
2、滴加顺序:取100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酰胺,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的醋酸乙烯酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至62~64℃,而后缓慢加入一定量的玻璃微球和纳米二氧化硅微球混合微球和对苯二酚,前10min 180r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
在200℃、1.5MPa、5min条件下,使1.52mm PVB与4mm玻璃粘合。降至室温后,将0.1mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。在150℃、1MPa、30s条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/SnO2/CsFAMAPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag)。
实施例3
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸乙酯70份,醋酸乙烯酯37份、丙烯酸13份、苯乙烯7份、125nm纳米二氧化钛微球2.0份,质量比2:1的对苯二酚和对叔丁基邻苯二酚混合阻聚剂0.6份、偶氮二异丁腈0.74份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸乙酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯、纳米二氧化钛微球、对苯二酚和对叔丁基邻苯二酚混合阻聚剂、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氦气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸乙酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸乙烯酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至58℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化钛微球和对苯二酚和对叔丁基邻苯二酚混合阻聚剂,前10min 200r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用He保护。
在100℃、3MPa、8h条件下,使0.38mm PVB与0.3mmTPT型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将7mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。在30℃、1.5MPa、4h条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/TiO2Cs0.06FA0.78MA0.16PbI0.85Br0.15/Spiro-OMeTAD/Au)。
实施例4
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯72份,丙烯腈40份、丙烯酸羟乙酯11份、苯乙烯7.5份、200nm纳米二氧化钛微球2.2份,1,1-二苯基-2-苦肼0.65份、过氧化二苯甲酰0.85份。
在本实施例中,所述的热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯腈、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、纳米二氧化钛微球、1,1-二苯基-2-苦肼、过氧化二苯甲酰。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯腈和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸羟乙酯,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化钛微球和1,1-二苯基-2-苦肼,前10min 180r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在120℃、1.1MPa、3h条件下,使0.1mm EVA与3.6mm KPK型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.2mm热熔胶均匀涂布到EVA侧。在0℃、0.1MPa、12h条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/C60/(iso-BA)2MA3Pb4I13/Spiro-OMeTAD/Au)。
实施例5
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯75份,丙烯酸甲酯45份、丙烯酸羟丙酯13.5份、对羟基苯乙烯8份、质量比1:1.3的500nm玻璃微球和纳米碳化硅微球混合微球2.3份,质量比1:1的对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂0.6份,过硫酸盐0.8份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、对羟基苯乙烯、玻璃微球和纳米碳化硅微球混合微球、对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂过硫酸盐。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯和对羟基苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸羟丙酯,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至62℃,而后缓慢加入一定量的玻璃微球和纳米碳化硅微球混合微球和对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂,前10min 180r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用N2保护。
在130℃、2MPa、2h条件下,使7mm PIB与0.1mm TPE型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将2mm热熔胶均匀涂布到PIB侧。在40℃、0.55MPa、8h条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/SnO2/PCBM/CsFAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au)。
实施例6
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯74份,丙烯酸甲酯42份、丙烯酸15份、苯乙烯9份、质量比1.5:1的300nm玻璃微球和纳米碳化硅微球混合微球2.5份、对苯醌0.9份、偶氮二异丁腈1.2份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、璃微球和纳米碳化硅微球混合微球、对苯醌、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氦气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至58~60℃,而后缓慢加入一定量的璃微球和纳米碳化硅微球混合微球和对苯醌,前10min 180r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用He保护。
在150℃、0.5MPa、5h条件下,使1.5mm POE与0.7mm KPE型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将6mm热熔胶均匀涂布到POE侧。在50℃、2.5MPa、7h条件下,用上述封装材料封装PSC(FTO/TiO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/MoO3/Au)。
实施例7
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸-2-羟基乙酯80份,丙烯酸甲酯49份、丙烯酸15份、对甲基苯乙烯9.5份、1000nm玻璃微球2.6份,质量比为1:1的对苯醌和1,1-二苯基-2-苦肼混合阻聚剂1.4份、过氧化二苯甲酰1.2份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、对甲基苯乙烯、玻璃微球、对苯醌和1,1-二苯基-2-苦肼混合阻聚剂、过氧化二苯甲酰。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸-2-羟基乙酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯和对甲基苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至65~67℃,而后缓慢加入一定量的玻璃微球和对苯醌和1,1-二苯基-2-苦肼混合阻聚剂,前10min 120r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在110℃、1.3MPa、10h条件下,使2.8mm多层共挤型POE与3mm FPF型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.5mm热熔胶均匀涂布到多层共挤型POE侧。在100℃、0.15MPa、15min条件下,用上述封装材料封装PSC(FTO/TiO2/FAPbI3/PTAA/MoO3/Ag)。
实施例8
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸-2-乙基己酯70份,甲基丙烯酸甲酯41份、对甲基苯乙烯13份、衣康酸8份、2000nm纳米碳化硅微球2.2份,质量比3:1的对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂2份、质量比5:1的偶氮二异丁腈和过氧化二苯甲酰的混合引发剂1.2份。
在本实施例中,所述的热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、对甲基苯乙烯、衣康酸、纳米碳化硅微球、对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂、偶氮二异丁腈和过氧化二苯甲酰的混合引发剂。
2、滴加顺序:取100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸-2-乙基己酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸甲酯和对甲基苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加衣康酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至65℃,而后缓慢加入一定量的纳米碳化硅微球和对叔丁基邻苯二酚和对苯醌混合阻聚剂,前10min 200r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用N2保护。
在115℃、2.1MPa、3h条件下,使1mm EVA与0.26mm FPE型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将2mm热熔胶均匀涂布到EVA侧。在120℃、1MPa、5min条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PCBM/Al)。
实施例9
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯70份,甲基丙烯酸甲酯45份、丙烯酸12份、苯乙烯7.5份、聚醚类H12MDI基聚氨酯8.5份、40nm纳米二氧化钛微球3份,对苯二酚3份,偶氮二异丁腈0.6份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚醚类H12MDI基聚氨酯、纳米二氧化钛微球、对苯二酚、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸甲酯、聚醚类H12MDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化钛微球和对苯二酚,前10min 180r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在100℃、0.9MPa、12h条件下,使0.76mm PVB与4mm PET型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.2mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。在82℃、0.04MPa、15min条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/NiOx/MAPbI3/PTAA/Carbon)。
实施例10
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯78份,甲基丙烯酸甲酯45份、丙烯酸12份、苯乙烯7.5份、聚醚类IPDI基聚氨酯0.5份、4000nm纳米二氧化钛微球3份,对苯二酚3份,偶氮二异丁腈0.6份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚醚类IPDI基聚氨酯、纳米二氧化钛微球、对苯二酚、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸甲酯、聚醚类IPDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化钛微球和对苯二酚,前10min 180r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在120℃、1.4MPa、4h条件下,使1.2mm PIB与6mm AAA型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.5mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。在70℃、1MPa、1h条件下,用上述封装材料封装p-i-n型PSC(ITO/NiOx/CsFAMAPbIx1Br3-x1/PCBM/BCP/Ag)。本实施例中0<x1<3。
实施例11
热熔胶包括以下重量份的原料制成:丙烯酸-2-乙基己酯63份,丙烯酸甲酯33份、丙烯酸3份、对甲基苯乙烯1份、聚酯类HDI基聚氨酯0.5份、65nm纳米二氧化硅微球0.5份、对苯二酚0.15份、过氧化二苯甲酰0.6份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、对甲基苯乙烯、聚酯类HDI基聚氨酯、纳米二氧化硅微球、对苯二酚、过氧化二苯甲酰。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氦气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸-2-乙基己酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯、聚酯类HDI基聚氨酯和对甲基苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化硅微球和对苯二酚,前10min 180r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在155℃、1.9MPa、2h条件下,使0.5mm POE与3mm玻璃粘合。降至室温后,将1.1mm热熔胶均匀涂布到POE侧。在55℃、0.3MPa、1.2h条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/PEDOT:PSS/(NMA)2MA3Pb4I13/PCBM/LiF/Al)。
实施例12
热熔胶包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯62.5份,甲基丙烯酸甲酯32.5份、丙烯酸2.5份、苯乙烯1份、聚酯类TDI基聚氨酯1份、70nm纳米二氧化硅微球0.85份、对叔丁基邻苯二酚0.2份、4-叔丁基环己酯0.5份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚酯类TDI基聚氨酯、纳米二氧化硅微球、对叔丁基邻苯二酚、4-叔丁基环己酯。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的甲基丙烯酸甲酯、聚酯类TDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至62~65℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化硅微球和对叔丁基邻苯二酚,前10min 180r/min。从10min后120r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用N2保护。
在140℃、0.05MPa、1h条件下,使1mm多层共挤POE与1.1mm玻璃粘合。降至室温后,将1.5mm热熔胶均匀涂布到多层共挤POE侧。在140℃、0.3MPa、30s条件下,用上述封装材料封装PSC(FTO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PCBM/Ca/Al)。
实施例13
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯64份,丙烯酸甲酯19份、丙烯酸4份、苯乙烯1.5份、聚酯类IPDI基聚氨酯1份、75nm纳米二氧化钛微球1份、对苯醌0.25份、过硫酸盐0.45份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚酯类IPDI基聚氨酯、纳米二氧化钛微球、对苯醌、过硫酸盐。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯、聚酯类IPDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化钛微球和对苯醌,前10min 120r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在135℃、1.5MPa、3.5h条件下,使1mm EVA与6mm玻璃粘合。降至室温后,将0.6mm热熔胶均匀涂布到EVA侧。在140℃、0.1MPa、20min条件下,用上述封装材料封装PSC(ITO/PEDOT:PSS/(BA)2MA3Pb4I13/PCBM/BCP/Cu)。
实施例14
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯60份,丙烯酸甲酯31份、丙烯酸10份、苯乙烯4.5份、聚酯类H12MDI基聚氨酯0.5份、90nm纳米二氧化硅微球1.25份、对苯二酚0.35份、过氧化二苯甲酰0.65份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚酯类H12MDI基聚氨酯、纳米二氧化硅微球、对苯二酚、过氧化二苯甲酰。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氦气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯、聚酯类H12MDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的纳米二氧化硅微球和对苯二酚,前10min 120r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用He保护。
在120℃、0.5MPa、7h条件下,使0.76mm PVB与7mm TPT型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.6mm热熔胶均匀涂布到PVB侧。在55℃、0.25MPa、50min条件下,用上述封装材料封装PSC(FTO/c-TiO2/(CMA)2MA8Pb9I28/Spiro-OMeTAD/Au)。
实施例15
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸丁酯62份,丙烯酸甲酯32份、丙烯酸羟丙酯11份、对乙基苯乙烯5.5份、聚醚类HDI基聚氨酯0.5份、100nm玻璃微球1.5份、对苯二酚0.4份、偶氮二异丁腈0.62份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸羟丙酯、对乙基苯乙烯、聚醚类HDI基聚氨酯、玻璃微球、对苯二酚、偶氮二异丁腈。
2、滴加顺序:在100ml三口烧瓶,通入氮气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸丁酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯、聚醚类HDI基聚氨酯和对乙基苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸羟丙酯,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至60℃,而后缓慢加入一定量的玻璃微球和对苯二酚,前10min160r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用N2保护。
在110℃、0.85MPa、5h条件下,使0.6mm PIB与0.1mm KPK型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将0.2mm热熔胶均匀涂布到PIB侧。在45℃、0.15MPa、2h条件下,用上述封装材料封装介孔型PSC(FTO/c-TiO2/m-TiO2/(PEA)2FA8Pb9I28/Spiro-OMeTAD/Au)。
实施例16
热熔胶由包括以下重量份的原料制成:丙烯酸-2-乙基己酯65份,丙烯酸甲酯34份、丙烯酸12份、苯乙烯6份、聚醚类TDI基聚氨酯0.5份、110nm纳米碳化硅微球1.7份、对叔丁基邻苯二酚0.4份、过硫酸盐0.7份。
在本实施例中,所述热熔胶的制备方法,包括下列步骤:
1、按重量份分别称取:丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚醚类TDI基聚氨酯、纳米碳化硅微球、对叔丁基邻苯二酚、过硫酸盐。
2、滴加顺序:取100ml三口烧瓶,通入氩气5分钟,在三口瓶中加入丙烯酸-2-乙基己酯,搅拌条件下,向其中同时缓慢滴加一定量的丙烯酸甲酯、聚醚类TDI基聚氨酯和苯乙烯,滴加完全后,在搅拌条件下继续滴加丙烯酸,充分搅拌后得到混合单体。
3、在如上混合单体中,滴加一半的引发剂,将反应容器架在油浴锅中,升温至40℃,预热10min。缓慢滴加余下引发剂,继续搅拌40分钟。
4、油浴锅升温至62℃,而后缓慢加入一定量的纳米碳化硅微球和对叔丁基邻苯二酚,前10min 200r/min。从10min后100r/min。直至溶液表面出现粘稠状,搅拌混合均匀,冷却至室温、倒出。即可得到所述热熔胶。
步骤4中,整个聚合反应过程中采用Ar保护。
在135℃、1.15MPa、9h条件下,使3mm TPU与0.3mm TPE型太阳能电池背板粘合。降至室温后,将2.1mm热熔胶均匀涂布到POE侧。在65℃、0.55MPa、1h条件下,用上述封装材料封装PSC(FTO/c-TiO2/FAPbI3/MoO3/Ag)。
表1封装前后PCE和铅泄露对比结果
表2热熔胶与PSC器件各层材料的剪切强度
由以上实施例可知,本发明提供了一种钙钛矿光伏封装材料,包括依次设置的太阳能电池背板、光伏胶膜和热熔胶层;该封装材料适合封装PSC电池。本发明提供的封装电池具有较好的抗冲击性;从铅泄露测试可以看出:本发明能有效抑制破损PSC在强降雨中铅泄露;封装前后电池效率可以看出:封装后PSC仍保持良好的稳定性;热熔胶与PSC封装器件各层材料均有良好的粘接强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种封装的钙钛矿电池,包括封装材料;
和所述封装材料封装的钙钛矿电池;
所述钙钛矿电池包括依次设置的透明基底、电荷传输层、钙钛矿层、空穴传输层和对电极层;
所述封装材料,包括依次设置的太阳能电池背板、光伏胶膜和热熔胶层;
所述光伏胶膜选自PVB、EVA、PIB、POE或TPU;
所述热熔胶层的制备原料包括反应单体、引发剂、微球和阻聚剂;所述反应单体选自丙烯酸类和丙烯酸酯类,以及苯乙烯类、聚氨酯类中至少一种。
2.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述光伏胶膜的厚度为0.1~7mm。
3.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述太阳能电池背板选自TPT型太阳能电池背板、KPK型太阳能电池背板、TPE型太阳能电池背板、KPE型太阳能电池背板、FPF型太阳能电池背板、FPE型太阳能电池背板、PET型太阳能电池背板、AAA型太阳能电池背板和玻璃中的一种或多种;
所述太阳能电池背板的厚度为0.1~7mm。
4.根据权利要求1所述的封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述热熔胶的厚度大于0且小于等于7mm。
5.根据权利要求4所述的封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述苯乙烯类选自苯乙烯、对甲基苯乙烯、对乙基苯乙烯和对羟基苯乙烯中的一种或多种;所述丙烯酸类选自甲基丙烯酸、乙基丙烯酸和丙烯酸中的一种或多种;所述聚氨酯类选自聚酯类六亚甲基二异氰酸酯基聚氨酯、聚酯类甲苯二异氰酸酯基聚氨酯、聚酯类异佛尔酮二异氰酸酯基聚氨酯、聚酯类二环己基甲烷二异氰酸酯基聚氨酯、聚醚类HDI基聚氨酯、聚醚类TDI基聚氨酯、聚醚类IPDI基聚氨酯、聚醚类H12MDI基聚氨酯的一种或多种;所述丙烯酸酯类选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-甲氧基乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述钙钛矿为ABX3结构,A选自CH3NH3 +、NH2CH=NH2 +、CH3CH2NH3 +、Cs+、异丁胺、正丁胺、环己甲胺、苯乙胺、1-萘胺、苯并咪唑、聚乙烯亚胺、环丙胺、组胺、苄胺;B选自Pb2+、Sn2+、Ge2+、Sb3+、In3+;X选自I-、Cl-、Br-
7.根据权利要求1所述封装的钙钛矿电池,其特征在于,所述光伏胶膜选自多层共挤POE胶膜。
8.一种权利要求1所述封装的钙钛矿电池的制备方法,包括以下步骤:
将光伏胶膜与太阳能电池背板热压复合,在热熔胶涂布在所述光伏胶膜的表面,在一定温度、压强和时间条件下对钙钛矿光伏电池进行封装,得到封装的钙钛矿电池。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述热压的温度为100~200℃;所述热压的压力为0~3MPa,时间为0~12h;
封装的温度为0~150℃,封装的压力为0~3MPa,封装的时间为0~12h;
所述封装的压力和时间的取值均不为0;
所述热压的压力和时间的取值均不为0。
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